存儲芯片測試的研究

譚永良,吳文仕

(1.江門市華凱科技有限公司，廣東江門529100；2.深圳市潤迅通信集團有限公司，廣東深圳518023)

AT24C系列EEPROM集成電路的最大優點是可直接用電信號進行擦除和寫入，加之較低的工作電壓，長達100年的數據保存能力，因而被廣泛應用于如電視，電子時鐘，IC卡等需進行數據存儲的電器中。隨著電器的智能化，存儲集成電路的需求越來越大，存儲集成電路的好壞顯得越來越重要。

AT24C系列集成電路的容量一般在幾十kbit以內，相對于大容量存儲集成電路，對其測試耗時并不是很長。但在中小型芯片測試企業中，時間對企業而言就是生命，如何在量產測試下取得較高的經濟效益，測試時間就成了重中之重。本文將論述如何用最有效的方法去對AT24C系列集成電路進行快速而準確的測試，以提高國內小容量存儲器電路的生產能力，降低產品成本，提高經濟效益和社會效益。

1 測試方法

根據EEPROM集成電路的技術特點，AT24系列集成電路有單個單元和連續多個單元兩種不同的讀寫方式。如何在選擇合適的操作方式去進行數據的寫入讀出操作是測試的重點。以下就幾個可以提高測試速度的問題進行探討。

圖1 緩沖器容量測試

1.1 分頁測試

AT24系列集成電路的頁寫功能是一項快速的寫入方式，其原理就是把準備寫進的數據放在一個數據緩沖器中，然后再通過內部操作寫到指定的存儲單元中（見圖1）。筆者通過對不同廠家生產的同型號的AT24系列集成電路進行測試發現，每一家所生產的電路數據緩沖器大小不盡相同，如AT24C32，有的內部數據緩沖器容量達到32bit，而有的則只有16bit或者更少的8bit，但通用的AT24系列集成電路數據手冊并不能準確地提供每一家廠家的確定的數據緩沖器容量值。數據緩沖器的大小決定著對集成電路的寫入速度，但許多測試程序開發者往往參照器件手冊去確定緩沖器的大小，如果集成電路的實際緩沖器容量比手冊提供的數值小，就會出現寫入錯誤。有的開發者則為確保能測試通過采用最小緩沖器容量去進行測試，即采取單字節寫入方式，如此一來，對一顆AT24C32來講其測試時間將至多增加4倍。為此，作為測試程序開發者來說，在對AT24系列集成電路進行測試之前有必要進行數據緩沖器大小的測定。具體方法為：先預設集成電路的數據緩沖器為較大的字節數，對集成電路進行寫和讀操作，如果不能正確寫入數據，則相應減少每次所寫入的字節數，直到集成電路能正確地讀寫為止。筆者使用的測試機臺為臺灣某公司的數字測試設備，其能方便地對每次寫入的數據字節進行設定，使得對不同廠家的AT24C系列集成電路的測試均能達到最快的讀寫速度。

1.2 讀方式的選擇

AT24系列集成電路的讀方式有當前地址讀，隨機地址讀和順序地址讀三種數據讀取方式。其中順序地址讀在集成電路測試中起到關健作用。順序地址讀時序圖如圖2所示。

圖2 順序地址讀時序

從圖中可知，只要在讀取數據前指定一個數據地址，則在此地址和此地址以后的數據可以順序地從數據線中輸出。數據輸出是順序的，來自地址n的數據后是來自地址n+1的數據。讀操作的地址計數器所有地址均可增量，允許在一次操作期間內連續讀出整個存儲器的內容。利用這個功能可以快速地讀出器件的內容，這在對集成電路的固定數據測試中發揮重要作用。如測試集成電路是否已全正確寫入“55”，其PATTERN如圖3(該PATTERN為臺灣某型號數字測試機專用，下同)：但需注意的是，地址的自增功能并不是所有類型的AT24C系列集成電路都一樣，如AT24C16以下容量的AT24C系列集成電路，它們在地址空間的末尾，計數器會翻轉至地址0，繼續輸出地址0以下的數據。但AT24C32，AT24C64等較大容量的集成電路當計數器到達空間末尾時，其計數器并不會翻轉至0，而是繼續指向一個地址，這此地址是無效的，其返回的數據也是無效的，這點需要特別注意。

圖3 固定數據讀取

1.3 寫周期時間的最少化

圖4是AT24C系列集成電路的寫時序圖。

圖4 寫時序圖

從圖中可以看出每一次的寫操作之后均需要一個等待時間，這個時間被稱作寫周期時間，它是器件內部擦除/編程周期的時間。查詢芯片手冊可知其值在5～10ms之間，筆者經過長期的測試發現不同廠家的芯片的周期時間不盡相同，相差較大。如何在測試過程中盡量減小等待時間成了測試的重點。許多測試程序開發者往往采用延時等待的方法去處理這個寫周期時間的等待，這樣做一來浪費了不必要的測試時間，另一方面，如果集成電路實際寫周期時間比延時的時間長，則集成電路將不能通過測試。為了解決這個問題，可利用集成電路在內部寫操作期間內禁止數據輸入這一技術特點進行器件的忙查詢。具體操作見圖5。其原理是在寫周期時間內對器件發送起始信號和從地址(1010，A2 A1 A0R/W)，然后測試器件是否有應答信號的產生，如果沒有，則器件還處于忙狀態，則繼續對器件進行寫操作，一旦出現應答信號，則器件內部寫操作完成，可立即對器件進行下一步的輸入操作。

這樣做的好處就是在內部寫操作完成之時即時可以進行其它有用的操作，不必花費不必要的等待時間。

圖5 應答查詢

2 測試流程

為保證測試通過的集成電路能正常工作，一個完整的測試流程是必不可少的，決定著測試的準確性。現就所需測試項目作一介紹。

（1）直流參數測試，測試器件的各項基本直流參數。

（2）器件讀寫測試：

a) 隨機數據測試。測試集成電路對隨機數讀寫的正確性。

b) 低工作電壓測試，AT24C系列集成電路工作的電壓范圍一般在2～6 V之間，有的可低至1.8 V，為確保電路在低電壓下也能正常工作，故測試電壓一般分1.8 V，2.7 V，5 V等幾個電壓檔位。

c) 寫保護測試，AT24C系列集成電路均有寫保護功能，一旦保護引腳置高電平，則禁止對器件的寫操作。

d) 器件地址輸入端功能測試。AT24C系列集成電路的器件地址輸入引腳用于多個器件并聯時設置器件的地址。測試方法為：故意設定某一地址輸入端為高電平，而數據的輸入的從地址則為1010 0000（該設定表示要訪問的是從機地址為輸入引腳全為低電平的器件），測試數據輸出端信號，如果有應答信號，則表明該地址輸入端功能失效。參考PATTERN如右圖。設定A 0為 1（高電平），輸入數據 10100000，A 0功能正常時，SDA端在最后一行應輸出高電平（無應答信號）。

e) 固定數據讀寫測試。為了保證集成電路內所有存儲字節都能正常讀寫，需對所有存儲字節進行讀寫操作。為確保所寫入的數據能保證每一個存儲單元都能完成“0”或“1”的讀寫，筆者建議寫入的數據為“55”或“AA”，另外考慮到可能出現的相鄰存儲單元的干擾問題，建議前一個字節寫“55”，后一個字節寫“AA”，即寫入的數據為“55AA55AA55……”或“AA55AA55AA55……”。

f) 圖6是整個流程框圖。

圖6 測試流程圖

3 更多的測試項

如果對芯片的測試具有更高的要求，則除上述的測試項目外，還應進行交流參數及其它的直流參數的測試，如上升下降沿時間等參數，這些都不在本文討論之列，有興趣的讀者可自已查閱相關資料。

4 測試效果

經長期的實際測試，用上所述方法在相同測試頻率及相同測試項下測試，其速度比同類測試設備快，而且準確率甚高。

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